基于阱邻近效应的衬底电流模型及其提取方法与流程

1.本技术涉及半导体技术领域，具体涉及一种基于阱邻近效应(well edge-proximity effect，简称wpe)的衬底电流模型及其提取方法。


背景技术：

2.随着集成电路器件尺寸的不断缩小，沟道区靠近漏端附近的电场增加，热载流子效应会变得明显，热载流子碰撞产生的次级空穴(对nmosfet来说)漂移到衬底区形成衬底电流(i
sub
)，通过测量衬底电流可以很好地监控沟道热载流子和漏区电场的情况。衬底电流较小时一般不会引起明显的破坏效应，但当mosfet的衬底电流或许多mosfet的总衬底电流(例如在随机存取存储器(ram)芯片中)较大时，衬底电流可能使芯片上的衬底偏压达到饱和，从而引起电路失效。因此，衬底电流在超大规模集成电路(vlsi)器件设计中是一个重要的监控参量。
3.目前在先进工艺中为了提高器件载流子的迁移率而引入大量的应力增强技术，这些应力对器件自身的电学特性影响越来越大，进而对器件的衬底电流也有很大的影响。不同的阱(well)距离的变化，对器件沟道的应力产生的效果不同，而这也是目前的器件衬底电流模型没有考虑的。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种基于阱邻近效应的衬底电流模型及其提取方法，用于解决现有技术中器件衬底电流模型没有考虑不同的阱距离的变化对器件的衬底电流产生的影响的问题。
5.为实现上述目的及其它相关目的，本技术提供一种基于阱邻近效应的衬底电流模型及其提取方法。
6.第一方面，本技术实施例提供了一种基于阱邻近效应的衬底电流模型的提取方法，包括：
7.步骤s1，设计不同wpe尺寸的器件结构；
8.步骤s2，测量器件的数据；
9.步骤s3，建立器件的基本的衬底电流模型参数；
10.步骤s4，对基本的衬底电流模型参数进行曲线拟合，直至拟合结果与器件数据相符；
11.步骤s5，建立与wpe尺寸的x/y方向相关的衬底电流模型参数；
12.步骤s6，对与wpe尺寸的x/y方向相关的衬底电流模型参数进行曲线拟合，直至拟合结果与器件数据相符；
13.步骤s7，对得到的基于阱邻近效应的衬底电流模型进行验证。
14.优选的，wpe尺寸指的是阱边缘与器件沟道对应的相邻边缘之间的距离。
15.优选的，步骤s2中测量的器件的数据包括器件的宽度、长度、偏压以及栅极区域的
长度、宽度。
16.优选的，器件的基本的衬底电流模型参数包括器件的宽度、长度、偏压。
17.优选的，在步骤s4中，如果拟合结果与器件数据不相符，则修改器件的基本的衬底电流模型参数，重新进行曲线拟合。
18.优选的，与wpe尺寸的x/y方向相关的衬底电流模型参数为以下公式中的函数系数，该公式如下：
[0019][0020]
其中，x1,x2为阱边缘在沟道长度方向和器件沟道中与该边缘相邻的边缘之间的距离，
[0021]
y1,y2为阱边缘在沟道宽度方向和器件沟道中与该边缘相邻的边缘之间的距离，
[0022]
γ1,γ2,α1,α2,β1,β2,a1,a2,b1,b2,b1,b2,c1,c2,c1,c2,d1,d2,d1,d2为函数系数，
[0023]
pwr()为求幂函数。
[0024]
优选的，在步骤s6中，如果拟合结果与器件数据不相符，则修改与wpe尺寸的x/y方向相关的衬底电流模型参数，重新进行曲线拟合。
[0025]
第二方面，本技术实施例提供了一种基于阱邻近效应的衬底电流模型，所述模型公式如下：
[0026]
isub＝f(w,l,v)*(1+f(x1,y1,x2,y2))
[0027]
其中，w,l,v分别为器件的宽度、长度、偏压，
[0028]
x1,x2为阱边缘在沟道长度方向和器件沟道中与该边缘相邻的边缘之间的距离，
[0029]
y1,y2为阱边缘在沟道宽度方向和器件沟道中与该边缘相邻的边缘之间的距离。
[0030]
如上所述，本技术提供的基于阱邻近效应的衬底电流模型及其提取方法，具有以下有益效果：该衬底电流模型引入与wpe尺寸(x1,y1,x2,y2)相关的函数，更加准确表征器件在不同阱环境下的特性，可以建立更为精准且实用性更广的器件衬底电流模型。
附图说明
[0031]
为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
[0032]
图1显示为本技术实施例提供的基于阱邻近效应的衬底电流模型的提取方法的流程图；
[0033]
图2显示为考虑wpe效应的器件版图。
具体实施方式
[0034]
以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其它优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实
施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0035]
下面将结合附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
[0036]
在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0037]
在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0038]
此外，下面所描述的本技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0039]
阱邻近效应产生的原因在于：植入的离子在光阻材料上发生了散射，在光阻边缘散射离子进入到阱硅表面(即沟道)，影响到边缘区域的掺杂浓度，改变了光阻边缘器件的阈值电压，并对器件的迁移率产生影响。而且，阱邻近效应在横向x方向和纵向y方向的影响因工艺原因导致的应力效果也是不同的。
[0040]
在器件尺寸越来越小的情况下，不同阱环境下的衬底电流特性对器件自身的电学特性影响越来越大。而在现有的衬底电流模型里，没有考虑到wpe效应对其特性的影响。而在实际情况中，wpe效应对于器件里面的界面态以及迁移率是有差别的，导致其对器件的性能影响是不同的，这是目前的衬底电流模型比较欠缺的地方。
[0041]
为了解决这一问题，本技术提供一种基于阱邻近效应的衬底电流模型的提取方法。
[0042]
请参阅图1，其示出了本技术实施例提供的基于阱邻近效应的衬底电流模型的提取方法的流程图。
[0043]
如图1所示，该基于阱邻近效应的衬底电流模型的提取方法包括以下步骤：
[0044]
步骤s1，设计不同wpe尺寸的器件结构；
[0045]
步骤s2，测量器件的数据；
[0046]
步骤s3，建立器件的基本的衬底电流模型参数；
[0047]
步骤s4，对基本的衬底电流模型参数进行曲线拟合，直至拟合结果与器件数据相符；
[0048]
步骤s5，建立与wpe尺寸的x/y方向相关的衬底电流模型参数；
[0049]
步骤s6，对与wpe尺寸的x/y方向相关的衬底电流模型参数进行曲线拟合，直至拟合结果与器件数据相符；
[0050]
步骤s7，对得到的基于阱邻近效应的衬底电流模型进行验证。
[0051]
在步骤s1中，不同wpe尺寸指的是阱边缘与器件沟道对应的相邻边缘之间的距离x1、y1、x2、y2发生变化。
[0052]
在器件结构的设计版图中，画出与器件本体沟道不同距离(x1,y1,x2,y2)的阱，图2示出了考虑wpe效应的器件版图的一种示例，x1,x2为阱在沟道长度方向与器件沟道之间的距离，y1,y2为阱在沟道宽度方向与器件沟道之间的距离。
[0053]
在步骤s2中，测量的器件的数据包括器件的宽度、长度、偏压以及栅极区域的长度l、宽度w，基于器件结构的设计版图进行测量。
[0054]
在步骤s3中，器件的基本的衬底电流模型的计算公式如下：
[0055]
isub＝f(w,l,v)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0056]
其中，w,l,v分别为器件的宽度、长度、偏压。
[0057]
在步骤s4中，如果拟合结果与器件数据不相符，则修改器件的基本的衬底电流模型参数，重新进行曲线拟合。
[0058]
器件的基本的衬底电流模型参数为上述公式(1)中的函数系数，该函数系数根据公式(1)采用的计算函数而定，在此不做具体限定。
[0059]
在步骤s5中，有关wpe效应的模型计算公式如下：
[0060][0061]
其中，x1,x2为阱边缘在沟道长度方向和器件沟道中与该边缘相邻的边缘之间的距离，
[0062]
y1,y2为阱边缘在沟道宽度方向和器件沟道中与该边缘相邻的边缘之间的距离，
[0063]
γ1,γ2,α1,α2,β1,β2,a1,a2,b1,b2,b1,b2,c1,c2,c1,c2,d1,d2,d1,d2为函数系数，
[0064]
pwr()为求幂函数。
[0065]
在步骤s6中，如果拟合结果与器件数据不相符，则修改与wpe尺寸的x/y方向相关的衬底电流模型参数，重新进行曲线拟合。
[0066]
与wpe尺寸的x/y方向相关的衬底电流模型参数为上述公式(2)中的函数系数，公式(2)中的γ1,γ2,α1,α2,β1,β2,a1,a2,b1,b2,b1,b2,c1,c2,c1,c2,d1,d2,d1,d2均为函数系数。
[0067]
在步骤s7中，得到的基于阱邻近效应的衬底电流模型的计算公式如下：
[0068]
isub＝f(w,l,v)*(1+f(x1,y1,x2,y2))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0069]
其中，w,l,v分别为器件的宽度、长度、偏压，
[0070]
x1,x2为阱边缘在沟道长度方向和器件沟道中与该边缘相邻的边缘之间的距离，
[0071]
y1,y2为阱边缘在沟道宽度方向和器件沟道中与该边缘相邻的边缘之间的距离。
[0072]
为了表征阱(well)离器件沟道距离的变化(即不同wpe尺寸)对器件的影响，需要设计与之相关的版图。在该设计版图中，分别画出阱的各边缘与器件沟道对应的相邻边缘之间的不同距离x1,y1,x2,y2，如图2所示，对该设计版图中的器件进行数据测量(主要是栅极区域的长度和宽度，以及器件的宽度、长度、偏压)，对测量数据进行分析。
[0073]
拟合好器件的基本的衬底电流模型参数之后，建立和阱边缘与器件沟道对应的相邻边缘之间距离相关的衬底电流模型参数，通过曲线拟合调整与不同wpe尺寸(x1,y1,x2,y2)相关的函数系数，这就可以得到考虑了不同wpe尺寸对器件影响的衬底电流模型。
[0074]
通常固定阱边缘与器件沟道对应的相邻边缘在一个方向上的距离，多次变换阱边缘与器件沟道对应的相邻边缘在另一个方向上的距离得到足够的关系式，然后改变固定距离的对象，重复上述步骤，最终得到与不同wpe尺寸(x1,y1,x2,y2)相关的函数系数。也就是说，例如先固定阱边缘与器件沟道对应的相邻边缘在x方向上的距离x1和x2，变换阱边缘与器件沟道对应的相邻边缘在y方向上的距离y1和y2，计算得到部分系数，再固定阱边缘与器件沟道对应的相邻边缘在y方向上的距离y1和y2，变换阱边缘与器件沟道对应的相邻边缘在x方向上的距离x1和x2，计算得到其余系数。
[0075]
由此，可以得到不同well距离(x1,y1,x2,y2)下的衬底电流模型，设计者可以通过仿真该模型了解器件在不同well距离环境下的特性情况，从而可以在开始设计的时候将该因素考虑进去，这样就使得该衬底电流模型模型更能反映实际器件特性。所以，本技术有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0076]
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0077]
上述实施例仅例示性说明本技术的原理及其功效，而非用于限制本技术。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本技术的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本技术的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种基于阱邻近效应的衬底电流模型的提取方法，其特征在于，所述方法包括：步骤s1，设计不同wpe尺寸的器件结构；步骤s2，测量器件的数据；步骤s3，建立器件的基本的衬底电流模型参数；步骤s4，对所述基本的衬底电流模型参数进行曲线拟合，直至拟合结果与器件数据相符；步骤s5，建立与wpe尺寸的x/y方向相关的衬底电流模型参数；步骤s6，对所述与wpe尺寸的x/y方向相关的衬底电流模型参数进行曲线拟合，直至拟合结果与器件数据相符；步骤s7，对得到的基于阱邻近效应的衬底电流模型进行验证。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述wpe尺寸指的是阱边缘与器件沟道对应的相邻边缘之间的距离。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中测量的器件的数据包括器件的宽度、长度、偏压以及栅极区域的长度、宽度。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述器件的基本的衬底电流模型参数包括器件的宽度、长度、偏压。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤s4中，如果拟合结果与器件数据不相符，则修改器件的基本的衬底电流模型参数，重新进行曲线拟合。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述与wpe尺寸的x/y方向相关的衬底电流模型参数为以下公式中的函数系数，该公式如下：其中，x1,x2为阱边缘在沟道长度方向和器件沟道中与该边缘相邻的边缘之间的距离，y1,y2为阱边缘在沟道宽度方向和器件沟道中与该边缘相邻的边缘之间的距离，γ1,γ2,α1,α2,β1,β2,a1,a2,b1,b2,b1,b2,c1,c2,c1,c2,d1,d2,d1,d2为函数系数，pwr()为求幂函数。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤s6中，如果拟合结果与器件数据不相符，则修改与wpe尺寸的x/y方向相关的衬底电流模型参数，重新进行曲线拟合。8.一种基于阱邻近效应的衬底电流模型，其特征在于，所述模型公式如下：isub＝f(w,l,v)*(1+f(x1,y1,x2,y2))其中，w,l,v分别为器件的宽度、长度、偏压，x1,x2为阱边缘在沟道长度方向和器件沟道中与该边缘相邻的边缘之间的距离，y1,y2为阱边缘在沟道宽度方向和器件沟道中与该边缘相邻的边缘之间的距离。

技术总结
本申请提供一种基于阱邻近效应的衬底电流模型及其提取方法，所述方法包括：步骤S1，设计不同WPE尺寸的器件结构；步骤S2，测量器件的数据；步骤S3，建立器件的基本的衬底电流模型参数；步骤S4，对基本的衬底电流模型参数进行曲线拟合，直至拟合结果与器件数据相符；步骤S5，建立与WPE尺寸的X/Y方向相关的衬底电流模型参数；步骤S6，对与WPE尺寸的X/Y方向相关的衬底电流模型参数进行曲线拟合，直至拟合结果与器件数据相符；步骤S7，对得到的基于阱邻近效应的衬底电流模型进行验证。优选的，WPE尺寸指的是阱边缘与器件沟道对应的相邻边缘之间的距离。所述衬底电流模型更加准确表征器件在不同阱环境下的特性。不同阱环境下的特性。不同阱环境下的特性。


技术研发人员：周艳 商干兵
受保护的技术使用者：上海华力集成电路制造有限公司
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/8/9